时间:2024-02-19 15:28:33
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇物联网工程的特点,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2014)10-00-03
0 引 言
物联网技术目前成为全球各行业各领域研究和应用的热点,它能给我们的经济、生活带来巨大的变革。随着物联网的兴起,对人才的需求必然会有一个飞跃性的增长。专家预测10年内就可能会大规模普及,产生一个上万亿元规模的高科技市场,因此社会对物联网技术方面的人才需求巨大[1]。国家教育部从2010年3月,了《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》,随后我国有数百所大学申报和准备申报物联网或传感网专业。
信息获取、信息传输和信息处理,这三个部分构成了信息产业的三大支柱,他们也是物联网产业的三个组成部分。电子、通信、计算机是物联网三大支柱中的必备学科。其中每一个学科都有一套人才培养的知识体系,而每一个学科又有多个方向。而物联网工程专业需要这三个学科知识的支撑,所以物联网工程专业可选择的基础、专业课程众多,所涉及的应用更是无处不在,在教学上往往会希望面面俱到但是又无所适从[2]。如何根据具体情况做出取舍是一个值得探讨的课题。
各院校物联网工程专业的课程体系设计不尽相同,有的甚至差异很大[3-6]。绝大部分院校的物联网工程专业课课程体系只是对物联网工程涉及的多学科领域现有课程进修简单的裁剪和叠加,再增加物联网导论等专业核心课程,这类课程体系没有体现出物联网工程专业的特色。因此有必要从物联网技术自身发展、物联网相关企业人才需求和学生自身素质全面发展三个角度,对物联网工程专业人才培养方案进行分析探讨[7]。
许昌学院2013年通过国家教育部审批通过,开始招收物联网工程专业的学生,在探索物联网工程专业培养方案的过程中,我们也借鉴了许多高校的经验和做法,也寻求了多家企业的合作,目前对该专业的课程设置也有了自己的看法和思考。我们可以从物联网技术体系架构和人才就业方向入手,探究不同人才培养就业方向在体系架构中所需要的核心技术和课程,从而理清思路,为物联网工程专业培养方案和课程体系的设置提供参考。
1 物联网技术体系框架
图1 物联网技术体系框图
物联网的整体架构如图1所示,从图中可以看出,物联网按照网络架构可以分为应用层、网络层和感知层。围绕着这三层,可以探讨其中所需要的核心知识,从而得出物联网工程专业学生所需的知识体系。
2.1 感知层
感知层的主要作用是信息的感知和采集,主要由感知器件来实现各类信息的采集,如各种传感器、RFID、各种二维码、红外和智能装置等。
在这一层中,需要具备的知识主要包括:
各种传感器的功能、性能、结构、特性和工作原理等内容;
RFID、条形码等的相关知识;
各种智能终端的特点、结构、工作原理等。
根据物联网工程专业的特点,不需要对传感器的具体细节做过多的认识和学习,只需要简单了解和使用即可,所以不需要开始相关的传感器原理等课程。但是传感器所采集到的信息需要有相应的硬件进行收集处理并上传至网络层进行发送,可以说嵌入式是整个物联网的基础部分,所以有必要开设嵌入式相关的课程。
与嵌入式相关的硬件主要包括:单片机、ARM和FPGA三种。
2.1.1 单片机
单片机的使用非常广泛,而且在后续网络层中所使用的CC2530 ZigBee模块中也包括单片机模块,因此,单片机课程应成为物联网工程专业所必开的课程。与之相配套的课程包括:C语言程序设计、电路和电子学和数字电路。有些学校还开设有计算机组成原理和微机原理与接口技术,笔者认为,这两门课程可以选择一门进行开设。
计算机组成原理主要面向计算机专业的学生进行考取研究生需要,并且它可以让学生从计算机整体的结构、功能和组成角度认识和理解整个处理器、存储器和输入输出系统之间是如何协同工作的。微机原理与接口技术主要面向接口,但是其中接口的内容可以放到单片机课程中进行讲解和实践,而汇编语言的相关内容在计算机组成原理课程中也可以进行补充和加强,所以笔者建议只需选用计算机组成原理课程进行开设即可。
2.1.2 ARM
ARM是一个总称,其中也包含系列产品,对于物联网工程专业的学生来说,ARM也是其知识体系中必备的一项内容。单片机无法运行操作系统,因此在有些情况下需要用到更高级的处理器。物联网网关和许多高级的电子产品都需要用到它。开设与嵌入式相关的课程还需要开设Linux操作系统,有必要对Linux的使用和主要组成有一个清晰的认识和掌握。另外还有嵌入式应用层开发的高级语言,如C++等。
2.1.3 FPGA
FPGA是一个提高性的内容,如果偏电子设计与开发的学校可以考虑开设,或者可以为学生开设相关的选修课程,增加学生的知识面和视野。但是由于这门课程的难度要高于前两部分,所以笔者认为可以根据学校的特点和学生接受能力进行取舍,它可以不算作物联网工程专业学生所必备的知识体系成员。
2.1.4 RFID技术和条形码技术
对于RFID而言,是目前应用最为普遍的物联网应用技术,所以它理所当然成为物联网学生知识体系中不可或缺的部分,因此建议开设RFID技术与应用课程,除了讲解RFID原理之外,还要针对RFID的应用进行相应的开发和实践。
2.2 网络层
网络层主要负责将感知层采集到的信息进行传输。目前常用的网络协议包括:ZigBee、蓝牙、Wi-Fi和433等,所使用的通信网络主要有2G/3G/4G电信网和传统互联网。所以在这一层次上,需要学习的内容主要包括ZigBee技术、无线传感器网络技术、通信原理、计算机网络等内容。
针对无线网络,除了ZigBee之外,还有Wi-Fi、蓝牙和其他无线传输技术,如300 MHz、433 MHz、915 MHz无线通信技术,对它们的特点和应用也应当给予适当的讲解。尤其目前蓝牙4.0技术已经得到了比较大的改进,苹果新推广的ibeacon技术有可能会对蓝牙技术起到大力推广的作用,所以对这几种技术应当让学生都有所接触和认识。在课程中可以体现在物联网导论、无线传感器网络中进行讲解。另外在课程设计和实践活动中,可以对这些技术予以应用加深学生的理解和掌握。
2.3 应用层
物联网目前的应用非常广泛,但是就应用层技术而言主要是应用层软件的开发,所以物联网工程学生应该掌握的主要技术应该包括Java技术和移动平台应用程序开发技术,但是偏硬件和体系构成的学生可以淡化这两个内容的学习,偏软件的学生应该加强这两项技术的训练。
另外,目前提得比较多的云计算和大数据的内容,也应体现在物联网工程专业学生的知识体系之中。云计算其实应该是云服务,它主要包括三个方面的内容,即IaaS、PaaS和SaaS。在这三个内容中,PaaS是目前云服务所用到最多的技术,所以要让物联网工程专业的学生对这项技术有所了解,从而为后续物联网应用服务开发开拓更宽广的思路。
就目前物联网的主要应用案例来看,每个案例往往是这三层的综合,所以物联网工程的学生的知识体系在这三层中离开了哪一层都不完整。我们从这三层出发,梳理出了大致的脉络,有了比较清晰的思路,再根据所定位的学生的就业方向予以加入相关的专业知识或者根据学生的培养定位增删一些相关的内容,即可确定相应的培养方案。
3 物联网工程专业人才就业方向分析
在人才需求方面,各地政府纷纷上马物联网项目,急需大量的物联网人才。由于物联网专业的一些课程涵盖了电子、通信和计算机三个学科领域,所以学生的就业范围比较广泛,但是也有有人提出质疑,认为物联网三个学科都有所涉及但是哪一个学科都没有学精,所以就给物联网专业学生的就业规划提出了问题。
目前许多高校往往会结合自身的原有学科特点,对某一方面有所侧重,关键是看学生的培养目标,并且要和当地的经济特点相结合,有所侧重,也就是要瞄准行业应用而开展,这样才能做到有的放矢。
也有专家提出来了相应的物联网专业学生就业可从事的行业主要有[8]:
物联网系统设计架构师、物联网系统管理员、网络应用系统管理员等核心职业岗位以及物联网设备技术支持与营销等相关职业岗位;
物联网终端系统的设计与开发;
物联网应用系统开发工程师,进行物联网相关软件系统的设计与开发;
无线传感网络系统的设计和管理;
物联网在智能系统、普适计算、工业控制、信息处理、通讯和管理等领域的应用开发和工程实现;
高等院校和科研院所与物联网相关的教学科研工作。
从以上专家所列出的就业方向来看,可以将就业方向也归纳为硬件、网络和应用三个大类,这和以上根据物联网基本架构所描述的知识体系基本吻合。
物联网工程专业的人才有自身特有的素质构成,与计算机、通信和自动化专业的学生比较起来,主要有以下特点[9]:
计算机专业的学生要么侧重于计算机软硬件技术的研究与应用,要么侧重于计算机网络系统的组网、管理或者开发,但缺少物联网工程应用中所必须的传感、控制、通信等领域的知识。
通信专业侧重于使学生掌握基本的通信原理,但对物联网中所涉及的传感、嵌入式和应用开发涉及较少。
自动化专业虽然对物联网中必须的传感和控制技术等有所侧重,但是对于计算机应用开发领域涉及较少。
由此可见,对物联网工程专业的人才而言,是适应物联网行业的特点而具备更综合的专业素质。
4 知识体系基本构成
通过以上的分析,综合物联网体系架构和人才就业方向的定位,另外与二本层次学生的特点相结合,可以归纳出物联网工程专业学生的知识架构,归纳总结如下:
基础知识相关课程:数学(高等数学、线性代数、概率论与数理统计)、英语、电工与电子学(在这门课中包含有电路分析和模拟电路)、数字电路、C语言、数据结构、计算机网络、计算机组成原理。
专业必备知识:物联网导论、Linux操作系统、Java语言程序设计、RFID技术与应用、传感器原理与应用、单片机、嵌入式技术、通信原理、无线传感网络、云计算和移动互联网开发。
专业实训课程:安卓系统开发、ZigBee课程设计、RFID课程设计、无线传感网课程设计。
另外可增加:印制电路板设计、数字信号处理、EDA等相关课程,以扩展学生的学习视野和基本技能。
5 实践教学的开展
实践教学模块有基础实践教学部分和专业实践教学部分。基础实践教学部分由“基础实验―综合设计―应用创新”三个层次组成。第一层主要培养学生的基本技能,以电子技术学习为主。通过电子技术的学习使学生掌握元器件的辨别和使用,结合专业课程的教学,进行课程实验,掌握基本知识和基本技能等;第二层主要包括各门课程的课程设计、电子综合设计以及先进设计工具 EDA技术,旨在培养学生的综合设计能力、团队合作能力以及创新意识;第三层是应用创新层,引导学生参加大学生电子设计竞赛、挑战杯作品大赛和科研项目等。
专业实践教学部分注重物联网的核心技术――嵌入式系统技术。通过开设硬件设计一条线课程(单片机、嵌入式、RFID技术、传感器网络)和软件设计一条线课程(C 语言、面向对象程序设计、嵌入式操作系统、移动互联网开发),使学生系统掌握嵌入式系统的硬件和软件设计技术,掌握物联网网络协议栈和实现物联网通信。
6 结 语
物联网工程专业由于涵盖的学科范围广,在学生知识体系构建方面需要花费较大力气进行研究,从物联网自身的体系架构来探讨物联网工程专业人才所必须的知识体系,在满足基础知识体系的前提下,结合相应的就业方向,增加适当的特色课程,构建出适应各个学校特色的培养方案,从而培养出适应行业需求的物联网工程专业人才。
参考文献
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[6]刘鹏.物联网工程专业创新人才培养探索[J].计算机教育,2012(21):9-12.
关键词:物联网;计算机组成原理;分流培养;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)50-0103-02
一、引言
计算机组成原理课程是计算机类专业本科阶段最重要的核心基础课之一,在整个计算机类专业教学中起着重要的承上启下的作用。该课程对于学生完整地理解计算机系统的层次结构,系统地建立计算机整机的概念,培养学生对计算机系统分析、应用、设计及开发的能力,都具有非常重要的作用。目前,国内重点高校的计算机组成原理课程主要是面向计算机科学与技术、软件工程和网络工程等专业的学生,相关教学改革研究也主要是针对上述计算机类专业展开的,很少针对物联网工程专业展开计算机组成原理课程教学改革研究。然而,教育部自2010年批准设置物联网工程专业以来,国内很多高校陆续开设了物联网工程专业,我校于2014年也开设物联网工程专业。针对新开设的物联网工程专业的培养方案、人才培养目标及物联网行业的特点,有必要对计算机组成原理课程的教学改革展开新的研究,以使本课程更好地为物联网工程专业学生后m课程的学习打下坚实的基础。本文针对物联网工程专业的人才培养方案与人才培养目标,基于物联网行业的整体发展趋势和人才市场的需求,通过分析当前物联网工程专业的专业特点,并总结目前物联网工程专业在教学过程中存在的问题,构建适用于物联网工程专业的计算机组成原理课程的教学内容。在设置教学内容时把握内容的基础性和新颖性,既注重基础的、核心教学内容的完整性,又要考虑物联网工程专业的特点。同时,又要跟上现代计算技术的发展水平和实际情况,增加新进而实用的相关知识点。既要考虑教学内容的完整性,又要考虑到教学学时的有限性,设计部分培养和训练学生自主学习的内容,从而构建课堂学习与自主学习相融合的教学内容,最终形成一套基于分流培养模式的层次化教学内容。
二、物联网工程专业计算机组成原理课程面临的新问题
物联网工程专业以培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能,具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。物联网涵盖了传感器技术、射频识别技术、嵌入式系统技术、数据库技术、通信技术、互联网技术以及云计算技术等,是一门具有涉及领域广、学科交叉性强和工程实践性强等特点的学科,物联网系统更是新一代信息技术的高度集成和综合运用。因此,面向物联网工程专业,本课程的授课内容还需要考虑以下二个方面的问题。
1.物联网工程专业对嵌入式相关内容有较高要求。英特尔构架事业部副总裁兼嵌入式与通信事业部总经理唐迪曼指出“物联网的核心基础:嵌入式”。指出物联网是嵌入式计算系统一种新的应用,比较传统的嵌入式系统应用,物联网应用的层次更加丰富和复杂,既有表现在传感层上的实时应用,还有在计算和网络应用层上的海量的数据处理和分析工作。物联网作为新一代信息技术的重要组成部分,是互联网与嵌入式计算系统发展到高级阶段的融合。嵌入式计算技术已经成为物联网行业的关键技术。然而,传统面向计算机科学与技术专业和软件工程专业的计算机组成原理的大部分内容是面向复杂指令系统计算机类而设置的,而面向嵌入式类的,如面向精简指令系统计算机类的授课内容几乎没有涉及。而我校物联网工程专业在本课程的后续课程中有很多与嵌入式相关的课程。
2.物联网工程专业的培养方案及前后课程设置与其他计算机类专业不同。随着半导体工艺技术的飞速进步和体系结构的不断发展,多核/众核处理机硬件日趋普及,使得昔日高端的并行计算机呈现出普适化的发展趋势,并行计算系统已成为各类计算系统的基础。然而,我校物联网工程专业的培养方案与计算机科学与技术专业的培养方案不同,在本课程之前并未设置汇编语言与接口技术课程,本课程之后也没有计算机系统结构、编译原理等课程。因此,需要结合物联网工程专业培养方案的实际情况,根据前后课程的设置来构建本课程的授课内容。例如,原先在计算机系统结构课程中介绍的新进技术,如多处理器、多核、流水线技术等有必要有取舍地引入到本课程中来。因此,我们有必要结合物联网工程专业的培养方案、人才培养目标和物联网的行业特点,对本课程的教学内容的设置进行进一步深入研究。
三、基于分流培养模式的层次化教学内容设置
在我校原有课程内容的基础上,我们借鉴了南京大学计算机系统基础课程的部分授课内容,同时结合物联网工程专业的人才培养目标和我校物联网工程专业培养方案,采用了“计算机组成与设计:硬件/软件接口”一书的部分内容,将本课程由原来的9个部分优化为7个部分,去除了原有课程中外部设备部分内容。并将原先第2部分(计算机中数据信息的表示)和第3部分(运算方法和运算器)的内容进行合并,弱化了运算部件设计部分的内容,此部分内容可在实验课程或后续计算机组成与设计课程中重点讲解。同时,将系统总线和输入输出系统进行了合并,并增加了异常控制流部分内容。优化后的授课内容如下:第1部分是计算机系统概述,第2和第3部分分别介绍高级语言程序中的数据和语句所对应的底层机器级表示,展示的是高级语言程序到机器级语言程序的对应转换关系,即数据的机器级表示与处理和指令系统;第4部分和第5部分着重介绍与程序的运行密切相关的硬件部分―中央处理器和存储器的组织,即中央处理器和层次结构存储系统;第6部分介绍打断程序正常运行的事件机制―异常控制流;第7部分主要介绍程序中I/O操作的实现机制。其中,每个部分又包含了3个层次:基础与核心、专业特色和新进技术和知识点强化。
1.基础与核心:本部分内容主要包括计算机系统最基础与最核心的内容,是本门课程重点讲授的内容,与原有课程的教学内容基本上相同,但结合物联网工程专业的培养需求,做了部分优化。
2.专业特色与新进技术:本部分内容结合物联网工程的专业特色,考虑了嵌入式计算系统在物联网应用系统中核心与基础地位,设置了部分以ARM和MIPS为实例的内容。同时,考虑到并行计算系统的重要性及我校物联网工程专业后续课程中没有计算机系统结构课程,引入了部分新进技术,如流水线方式下指令的执行和并行与存储器层次结构。
3.知识点强化:本部分内容贯穿整个教学内容,是训练和强化学生建立整机概念的重要环节。拟以高级语言程序的开发和运行过程为主线,将该过程中每个环节所涉及的硬件和软件的基本概念P联起来,以使学生建立起一个完整的计算机系统层次结构及其相互转换关系,并建立起整个专业课程之间的相互关系。同时,对指令在硬件上的执行过程和指令的底层硬件执行机制有一定的认识和理解,从而增强学生在程序的调试、性能优化、移植和健壮性保证等方面的系统能力,并为后续的相关课程打下基础。最后,考虑到课时的限制,我们设置了部分培养和训练学生自主学习能力的内容,主要包括数字逻辑电路、汇编语言、基于FPGA的数字系统开发基础等内容。
四、结束语
计算机组成原理课程的地位决定了合理设置本课程教学内容的重要性。在面向新开设的物联网工程专业时,需要考虑新专业的培养方案、人才培养目标以及物联网行业的特点,同时要考虑新技术的发展,并结合物联网专业学生的实际情况来设置合理有效的教学内容。
参考文献:
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[3]高小鹏.计算机专业系统能力培养的技术途径[J].中国大学教学,2014,(8):53-57.
物联网技术在现代信息技术领域有着独特的优势,引领着互联网在新时代的要求下不断进步,高校在建设计算机网络工程专业的时候需要构建符合技术特点的结构体系,在培养人才的道路上既要利用高校的优势学科,又要明确该学科的发展方向。
1网络工程专业设置物联网方向
物联网技术的自身原理和计算机技术有着很大的共通性,这种网络信息系统有着很强的技术基础,并且在融入高校的相关专业时需要充分分析传感器网络技术,这样学生在学习的过程中才能充分了解该技术的技术构成。通过分析高校计算机网络工程专业的现有状况发现该专业课程主要集中在物联网的网络层和应用层,并且该专业有很多的基础知识是适用于物联网技术的,因此在二者的结合过程中还需要增加感知层方面的知识,这样才能使计算机网络工程专业从整体上具有运用物联网技术的可能性。在高校中设置物联网方向并不是要彻底改变该专业的人才培养目标,教师在开展教学的时候可以适当调整具体的内容,这样使二者有效地结合。在高校的网络工程专业中增设物联网方向要充分考虑当地的市场需求,有些高校只是盲目地效仿其他高校的做法,没有结合自身的师资力量和教材的特色,因此在实践过程中很难制定符合标准的专业培养方案。
2利用高校的学科优势培养网络工程人才
不同区域的市场对于网络人才有着不同的要求,学校在开设物联网技术方向的相关课程时需要建立符合技术特点的课程体系,而课程结构的合理性要根据学校的硬件设备和优势专业来判定。和其他的专业方向一样,网络工程专业也要在自身的发展过程中不断创新,教师在教学过程中不仅要加强专业知识的讲解,而且还要创造一定机会让学生进行实践操作,进行专业的实践训练需要学校提供现代化的实验室,通过实践基地的建设可以提高复合型人才的综合素质。在开展评价工作时要根据行业的具体要求进行,很多计算机行业对于人才的个性化特点有很大的要求,因此学校不仅要通过教学优化学生的知识结构,更要使学生在解决专业问题的时候运用创新的思维方式,这样的方式培养出来的毕业生在工作岗位上才能完成行业的操作。高校在运用物联网技术时需要专门教材的配合,建设有自己特色的教材不仅要求发挥专业教师的作用,而且还可以通过和企业开展合作来加强教材的针对性,专业的教材需要将理论知识和实际运用有效结合,这样才能使培养出来的人才符合岗位的要求。
3完善网络工程专业培养目标和课程内容
3.1专业培养目标
高技能人才不仅要有科学的素养,而且还能从事多领域的技术研发工作,这种应用型的人才在很多行业都有很大的需求,比如说在信息产业和轻工行业。高校物联网技术方向的培养目标包括很多方面技术的掌握,不仅包括通信技术和传感技术,还要有技术推广的能力,这种技术的推广主要表现在学生实践能力的提升。衡量该专业能力的标准有很多方面,其中掌握计算机技术和网络工程的理论是最基础的环节,而物联网感知层的相关知识的获得是制定和实现教学目标的关键关节,除此之外,学生还要学会检索文件,了解一些基本的软件编程程序,综合这些方面可以有效地评价目标的实现程度。
3.2课程设置
物联网方向的课程需要根据现实社会的信息来设置,除了已有的网络层和应用层知识的传授,感知层的相关知识也要纳入到计算机网络技术的课堂中去,网络技术的知识不仅包括原理的分析,还需要了解一些基本程序的设计。对于物联网三个层次的知识的掌握,该专业在课程结构上要突出行业的特点,并且适当增加一些网络课程,比如说无线自组网应用课程,这些课程的加入可以学生的技术处理能力。
3.3专业实验
物联网技术是一门操作性很强的技术,成熟技术能力的掌握需要学校根据自身的特点来设置专业的实验,这样可以让学生有机会巩固自己的理论知识。在进行专业实验时要按照标准的步骤进行,首先要完成毕业实习,在设计课程之前要进行计算机基础练习,企业的生产实习要在学生的论文之前完成。物联网的实验有很多种课程设计,高校可以根据自身的学科优势选择适合自己的课程,比如说网络系统集成课程设计是一种运用很广泛的专业实验。
4结语
综上所述,高校人才培养因物联网应用领域的高速扩张而迎来了新的机遇和挑战。本文通过分析网络工程专业设置物联网方向,结合高校优势学科培养网络工程专业人才的新思路及利用高校的学科优势培养网络工程人才,分析总结出完善网络工程专业培养目标和课程内容。并且社会的发展在各个领域都对物联网的技术有很大的需求,而高校作为专业人才的培养场所要认真分析自己的学科优势,从而为复合型应用人才的培养制定有特色的方案。以上的浅显之见希望能给相关的业内人士提供一点参考借鉴。
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物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业浪潮,物联网产业已被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。面对国家战略性新兴产业发展的需要,教育部于2010年批准设置了物联网工程专业,到2015年为止,全国已有200多所本科高等学校开设了该专业,办学规模不断扩大[1]。中国石油大学(华东)自2011年起依托计算机专业设置物联网培养方向,并于2014年4月获批物联网工程新专业,在物联网专业人才的培养上积累了一定的经验。物联网工程作为工程应用型专业,如何科学的构建物联网专业实践教学体系是专业建设的核心内容之一[2],我校在这方面也做了很多探索与实践,取得较好的效果,为培养满足社会需求的高素质创新型物联网专业人才奠定了基础。
一、物联网专业实践教学体系现状
在物联网专业申请的筹备阶段,学校先后到北航、西交、武大、华中科技等十余所开设物联网专业的高校调研,并参加了2013年和2014年中国物联网大会等多个研讨会,与产业界和教育界相关人员做了较深入的交流。通过调研和交流发现,实践教学体系改革是物联网专业建设和教学改革中最关注的领域,由于是新设专业,很多高校都在摸索。目前,大多高校延续传统的“实践内容=实验+实习+毕业设计”实践教学体系,但构建时由于物联网专业新、对应产业链长、相关技术门类差异大,往往将实践环节分成零散的单元,各个实践环节在具体实施过程中目标偏向单一、手段缺乏创新,各个环节彼此独立,缺乏统一的协调和管理,不利于系统的培养学生实践能力和创新能力。
二、工程教育背景下的物联网专业实践教学体系
1.现代工程教育理念
现代工程教育理念起源于美国,它是伴随美国工程教育的变革历程而生成的一套完整的指导工程教育改革的理论体系[3]。现代工程教育理念非常强调工程实践训练在教育中的作用,是对工程教育从“科学模式”回归“工程模式”的重大变革。我国在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》中明确提出促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国,以现代工程教育理论为指导,培养造就创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[4]。因此,在工程教育背景下,进行物联网专业实践教学体系构建是非常有必要和有意义的。本文针对现代工程教育的要求和物联网工程专业特点,结合专业培养目标要求,以强化综合能力和提高工程素质及创新能力为培养核心,探索物联网工程专业实践教学体系的构建。
2.物联网实践教学体系构建
实践教学涉及课程实验、课程设计、专业实习、创新训练、毕业设计等多个环节。这些环节按照层次又可划分为基本技能训练、综合实践和创新训练等,构成一个多维的整体。因此,在设计各实践环节内容时,应避免孤立存在,需整体规划,并明确各环节在人才培养目标中的作用,同时结合课外学科竞赛、学生创新团队等多种形式,构建一个系统性强的实践教学体系。要实现以上目标,关键是如何选择主线将各环节串联起来。在工程教育背景下,工程实训项目的实施在人才培养中起到关键作用,让学生在项目实施中加深对专业理论的学习,同时培养学生的创新精神和团队合作等方面的综合能力。因此,我校在建设物联网实践教学体系时,采用如下思路:构建实践教学体系首先结合专业特点,密切联系物联网产业,以工程实训项目为驱动,将项目实施作为主线,贯穿于课内外实践教学的全过程,各实践环节要为项目实施服务,这也符合国际工程教育界工程教育模式的特点。具体实施时,主要包含专业课程的课内实践体系顶层设计、课外学生竞赛和导师指导下的创新团队建设三个方面:
(1)重视专业课程的课内实践体系顶层设计,以实际工程项目的实施为主线,打破各课程实践环节界限,重组课程实验及课程设计内容,以项目为驱动设计课内实践环节。课内的实践环节是实践教学体系中的基础,也是关键的一环。课内实践环节包括专业课程实验、课程设计、实习等,在设计时,每门课程的实践环节不单纯为本课程服务,而是要站在项目实施的角度进行组织,重视各课程实践环节之间的贯通和融合。根据学生的认知特点和规律,依托物联网产业中完整的实际工程项目,以工程实训项目为主线,把项目实施过程中涉及的知识模块分解到各课程实践环节中。物联网技术具有鲜明的行业特征,可选择几个典型应用领域,如:智能家居、物流、智能交通、智慧油田等,结合现在实验条件,设计若干个大型综合性工程实训项目案例,把每个工程项目案例的实施按照物联网感知识别层、网络构建层(传输层)和应用层(管理服务和创新应用层)的知识体系结构划分成易于课程实践实施的多个模块,把这些模块分解到专业课程的实践环节中去,找到各模块与专业课程知识点之间的对应关系。这样学生能直接感受到所学知识在实际工作中的作用和地位,提高学生综合利用学习知识解决实际问题的能力,同时激发学习兴趣。
(2)依托各种课外科技竞赛,以工程实训项目为纽带,培养学生的自主创新能力。学科竞赛是在课堂教学的基础上,通过竞赛的形式对学生的综合素质和能力进行多方位考察的课外实践教学活动。倡导、组织学生参加各类课外学术科技竞赛,是物联网工程专业实践教学体系的重要组成部分。目前我校在这方面有比较好的氛围,但物联网工程专业作为新办专业,在具体实施中,可能会存在学生无成熟经验借鉴、对本专业内的学科竞赛不了解等问题,因此,在学院层次,搭建一个课外实践活动网络平台,并尝试通过社交网络、课外实践活动与课内综合实践类课程的融合等方式提高学生参与的积极性。针对学生普遍存在的课程负担重、对竞赛积极性不够等问题,可将课外竞赛与课内实践课融合。
(3)强化导师团队指导下的学生创新团队建设,鼓励学生参加教师科研项目。为培养学生创新能力、开阔学科视野,鼓励学生参加教师科研项目或科研项目转化的创新项目。由于本科学生知识水平有限、工程能力不强,他们的科技创新活动尤其是活动初期需要指导教师提供较多帮助。但在实际过程中,如果是一个学生创新团队只有一位教师指导,会在时间和精力上无法保证,挫伤学生的积极性,同时单个指导教师掌握的知识也存在局限性。因此,我们采用由多位教师和研究生组建导师团队,学生在自愿的前提下,结合兴趣点选择加入相应的导师团队,并按项目组建学生创新团队。创新团队的学生可直接参与到教师的科研课题中去,以科研项目为依托,将科研项目转化为学生实践项目,培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力,提高学生理论与实际相结合的实践能力和创新能力。参与科研课题,还能让学生及时了解学科的最新研究动向,并根据兴趣爱好尽早确定自己的研究方向。
三、实践效果
基于现代工程教育理念,中国石油大学(华东)在物联网方向的计算机专业学生以及物联网专业学生中进行了实践教学体系的构建探索,取得了明显的实践效果。比如物联网方向的计算机专业学生普遍具有较强的动手实践能力,参加各种学科竞赛及创新项目的积极性高涨。2011年至2014年期间,每年均有二十多名学生积极参加物联网设计、智能车和嵌入式设计大赛等各类竞赛,获国家级一、二等奖及山东省一等奖等十多项奖项。物联网新专业的学生虽然只处在低年级阶段,但专业兴趣浓厚,对新专业的认同感非常高,很多已提前进入专业课程的学习,为参与各自实践活动及课内外竞赛做准备。因此,基于现代工程教育理念探索物联网专业实践教学体系的构建是可行和有意义的。
参考文献
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[2]马忠梅,孙娟,李奇.物联网工程专业课程体系与实践探讨[J].单片机与嵌入式系统应用.2011.18(11):1-4
[中图分类号] G642.0 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634(2014)04-0080-04
网络工程专业是随互联网的发展壮大而兴起和发展的,自 1998年被教育部列入本科专业目录以来,全国已有近 300 所高校设置了该专业,为社会培养了大批网络专业技术人才[1]。我国大多数高校的网络工程专业以计算机科学与技术专业为基础开设,在专业建设过程中,各高校本着“培养高层次的网络规划建设、网络管理维护、网络应用人才”这一专业培养目标,通过增设通信原理、互联网工程建设与规划、网络管理、网络程序设计、网络安全等课程开展专业人才培养,与原有的计算机科学与技术专业培养模式相近[2,3]。由于教学体系、教学实践经验的不足以及硬件设备更新换代的滞后,使得学生分析问题、解决问题的能力和实践工程能力相对较弱,毕业生的专业特色和优势不够明显。近些年,由于低端网络人才市场趋于饱和,本科生就业市场上出现了“网络工程专业学生就业难、用人单位招聘不到合适人才”的普遍现象,导致部分应用型高校网络工程专业出现萎缩或停招。这足以说明,“传统”网络工程专业亟需在专业内涵、人才培养目标和培养模式等方面进行重大的改革创新。
1 “新互联网”时代大潮对网络工程专业 的影响
互联网技术经过40多年的长足发展,其产业变革席卷全球,颠覆传统行业的节奏也进一步加快。2014年1月8日,在钓鱼台国宾馆召开的“2014互联网产业年会”上,互联网产业各界人士一致认为:移动互联网、物联网必然将在工业应用中扮演更加深入和广泛的角色,促进工业全产业链、全信息链的信息共享和协同集成。思科首席执行官约翰钱伯斯(John Chambers)在拉斯维加斯举办的“CES2014展会”演讲中也对物联网的发展充满信心,表示:“这一转变已经开始,它(指物联网)将改变我们生活、工作和娱乐的方式……2014年将是物联网发生关键转变的一年,并且到2017年,物联网产生的影响,将比整个互联网更为深远”。
物联网和移动互联网等新网络技术的兴起给网络工程专业带来了新的契机和挑战,只有正视这种汹涌的“新互联网”时代大潮,不断丰富和发展网络工程专业的内涵、人才培养目标和培养模式,才能适应新网络时代的要求,培养面向企业需求的实践人才,焕发专业活力。本文分析总结大连工业大学网络工程专业的培养实践经验:“突出专业特色,彰显时代特点”、“优化专业层次结构,大类培养”、“加强实践,注重校企合作”,旨在探索一条适应新技术发展的面向物联网、移动互联网的网络工程实用型人才培养的新道路。
2 “新互联网”时代下网络工程专业的建 设思路
大连工业大学于2004年开设网络工程专业,经历了传统意义上的网络工程人才培养,迄今已毕业6届、300余名网络工程专业本科生。通过对本专业毕业生就业情况的跟踪统计可知,目前网络工程专业学生的就业方向主要有四个领域:传统互联网系统设计及应用、Web软件设计与开发、嵌入式系统应用和移动互联网软件开发。随着物联网、移动互联网技术的兴起和蓬勃发展,近几年嵌入式系统应用和移动互联网应用领域的就业比例逐年上升,已渐有超过传统互联网应用这一传统就业主体的趋势。根据这种现状,大连工业大学从2010年起着手改革新的网络工程专业人才培养模式,学生就业优势明显加强。
首先,拓展传统的网络工程专业内涵,突破传统的“互联网建网、管网、用网”领域,以时代需求为导向,引入物联网、移动互联网等技术知识,拓宽专业领域;在人才培养目标方面,既要培养传统互联网络系统设计与开发、网络工程规划与设计、网络管理与维护等层次的专业人才,也要培养物联网系统设计与开发、移动互联网系统设计与开发的多领域专业人才。
其次,在课程设置上优化专业层次结构,结合计算机科学与技术专业制定“宽口基础+特色方向”的课程体系,开展大类培养。
最后,网络工程专业作为一个跨学科、实用性强、服务面广的专业,要大力加强学生实践应用能力的培养。这既需要高校本身的努力,加大教师实践能力培养、加大硬件设备的更新换代,更需要社会、企业和学校的紧密配合,探索一条群策群力培养学生实践能力的切实可行的新模式。
3 拓展专业内涵,彰显时代特点
物联网技术是在互联网技术的基础上,结合射频标签和传感器网络等技术,实现人与物、物与物智能沟通和对话的网络信息技术[4]。近几年,国内申请增设物联网相关专业的高校数量众多,但在不同程度上都存在着物联网课程体系规划不完善、教材建设计划不完备、师资力量薄弱、实验室配套设备缺乏和实验方案标准有待规范等问题。
实际上,在培养目标和专业课程设置等方面,传统网络工程专业已涵盖了大多物联网知识领域,拥有物联网网络层的学科建设优势,具备应用层的基础知识,需要补充的主要是物联网感知层的相关课程[4]。显然,传统网络工程专业与物联网专业在知识结构上有很多共性,只要适当补充和调整网络工程专业的课程设置,即可培养具有物联网技术知识的专业人才。
物联网、移动互联网是“新互联网”时代两个最热点的技术领域和应用领域,根据新技术发展和企业岗位需求,大连工业大学网络工程专业重新定位了专业内涵,调整原有的专业课程体系,补充物联网和移动互联网技术相关知识,制定了新的网络工程专业培养方案,目的是培养面向工程的具有创新精神的应用型、复合型、技能型的“新”网络工程人才。新培养方案中将网络工程专业方向设定为4个方向:(1)传统互联网方向;(2)系统集成方向;(3)物联网及移动互联网方向;(4)Web软件开发。
4 优化专业层次结构,大类培养
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010~2020年)》明确提出:“优化结构,办出特色……优化学科专业、类型、层次结构,促进多学科交叉和融合。重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模。”
大连工业大学网络工程专业是以校计算机科学与技术专业为基础、依托校网络中心工程环境开展学生培养的,具有坚实的教学师资和教学资源基础。为优化网络工程专业的层次结构、培养“应用型、复合型、技能型”人才,网络工程专业采用与计算机科学与技术专业联合的交叉大类“2+2培养”模式:前两年教学内容与计算机专业保持一致,使学生具有扎实的计算机技术基础;后两年根据专业特色,按照行业技术发展和企业岗位需求,设立了“传统互联网应用”、“系统集成”、“Web软件开发”、“物联网及移动互联网应用”四个特色方向,形成合理、有时代特色的课程群体系(见表1),及有效的实践环节,从而保证学生在校学习内容和企业需求的有机接轨。
5 面向工程应用,优化实践教学模式
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010~2020年)》同样明确提出:“提高人才培养质量……加强实验室、校内外实习基地、课程教材等基本建设……强化实践教学环节……创立高校与科研院所、行业、企业联合培养人才的新机制。”
网络工程专业对学生的实践能力要求较高,实践能力的提升是培养网络工程人才工作的重中之重。根据大连工业大学网络工程专业本身的特点,笔者采取“校内+校外”、“校企联合”的创新与实践教学模式开展对学生实践工程能力的培养。
5.1 实践教学体系
实践教学体系设置坚持“面向工程应用,优化实践教学模式”原则。具体划分为“四层次、七类别”实践教学体系,见图1。“四层次”是指学生应获取基础实验和认知能力、初步设计能力、综合实践能力、创新和工程能力等四个层次的能力;“七类别”是指课程实验、课程设计、专题训练、各类实习、毕业设计、参加创新和科研课题、职业培训等七个环节[5]。
根据大连工业大学网络工程专业自身特点,针对“课程群”系列课程,开设综合性较强的专题训练实践环节,既有利于提高学生的综合实践能力,又有利于与企业实训项目相结合、置换。例如,笔者将第七学期的“网络规划与设计专题训练”、“网络安全课程设计”和“生产实习――网络管理+Linux系统运维”三个实践环节组合成一个综合性专题训练模块,引进合作企业的生产实践项目,由学校教师和企业技术人员共同对学生进行综合实训,取得了非常好的效果。
5.2 “校内+校外”、“校企联合”的创新与实践教 学模式
根据专业培养目标,充分关注行业、企业需求,密切校企合作,建立了“校内+校外”、“校企联合”的创新与实践教学模式。
1)有效利用校内资源,将教学实践与实际生产环境有机融合。网络工程专业依托大连工业大学网络中心开展校级实践活动,将教学实践落实到生产现场,开展从校网络中心到教育网地区中心全方位的教学实践活动。在这个过程中,既可以引入网络中心具有丰富实践经验的教师承担认识实习、操作实习、毕业设计等实践教学任务,将网络中心技术人员的工程实践经验更好地融入到教学环节中,还可以引导学生参与勤工俭学,通过承担一定的网络维护开发等活动,有意识地引导学生参与专业实验室、学校网络的建设维护工作,提高学生的专业认知和动手能力。通过上述方式,将网络工程专业的教学实践融入实际的生产环境中,使学生学以致用,既深化了对专业理论的理解,也提高了学生的工程实践能力,突出了网络工程专业的工程特点。
2)扩大校企合作。根据行业、企业需求,结合学校实际,笔者重新定位网络工程专业方向,建立了“企业岗位定制”教学;同时,加强校企教师的双向培训机制,与企业在学生和师资培养等方面建立长期稳定的合作关系。在图1所示的四个层次实践课程体系中,强调培养过程中的企业参与,将企业的实际项目引入专题训练环节,实现学校和企业的无缝接轨。
3)支持学生参与创新科学研究,推行产学研联合培养的“导师制”。从大学一年级入学开始,即进行专业介绍和行业发展规划,逐步引导和培养学生的专业兴趣和方向,鼓励本科学生参与科技创新实践活动,建立“导师制”师生研究室。教师带领本科生积极开展科研创新实践活动,建立了课内与课外相结合的创新与实践教学模式。目前,网络工程专业学生已参加了多项国家级大学生创新与创业项目,科研实践能力大幅提升。
4)积极开展专业竞赛,以赛促学。引导学生积极参加各种专业竞赛,以优秀获奖学生为榜样,带动更多的学生积极向上、锐意进取。同时,通过联合开办的思科网络技术学院、红帽学院,鼓励学生考取思科认证网络工程师(CCNA)、思科认证网络高级工程师(CCNP)等行业国际资格认证,极大地调动了学生的积极性和学习热情,也增强了学生的就业竞争力。
6 结论
物联网和移动互联网技术的蓬勃发展为传统网络工程专业建设带来了新的机遇,本文讨论在“新互联网”时代背景下,以《物联网“十二五”发展规划》和《卓越工程师教育培养计划》为契机,将物联网技术、移动互联网技术与高校传统网络工程专业建设有机融合,通过整合教学资源、扩展专业内涵、优化教学体系、建立创新实践教学模式等一系列举措,大力加强学生实践能力的训练,探索了一条以行业需求为目标,培养基础扎实、实践能力强、富有创新精神和团队意识的复合型、应用型网络工程人才的新思路。
参考文献
[1]曹介男,徐明,蒋宗礼,陈明.网络工程专业方向设置与专业能力构成研究[J].中国大学教学,2012,(9):31-34.
[2]岳峰,王桢.浅谈高校网络工程专业学生实践能力的培养[J].教育与职业,2012,(21):126-127.
2009年8月总理在无锡视察时提出“感知中国”后,同年11月温总理在人民大会堂向科技界发表《让科技引领中国可持续发展》的讲话,指出国家重点发展的五大战略性新兴产业,其中就包括物联网关键技术。在此背景下,为积极参与“感知中国”及物联网关键技术的研究以及扩大在物联网领域人才培养方面的优势,2009年9月全国高校首家物联网学院在南京邮电大学成立。2010年初,教育部下达了物联网专业申报通知,全国众多高校积极申报,最终全国共有37所高校获准开设物联网工程及相关专业。
一、物联网涉及的关键技术分析
物联网是互联网的应用拓展和网络延伸,它利用感知技术对现实物理世界进行感知,通过网络传输,进行数据挖掘、分析、决策,最终实现人与人、人与物、物与物之间的信息交流和无缝对接,达到对物理世界进行管控、决策的目的。物联网产业包括传感器、射频识别(RFID)为主的感知制造业,通信网络设备制造、传感器网络设备制造以及机器到机器(M2M)网络设备制造等为主的基础网络制造业和提供网络传输、信息处理以及运营服务等的应用服务业等。因此,物联网可以分为三个层次:感知层、网络层和应用层。
1.感知层关键技术
感知层是物联网的最底层,主要负责物品的标识、信息感知采集,主要是由基本的感知器件完成,包括RFID、二维码、传感器、红外感应等。该层的关键技术包括:传感器网络、射频技术、传感器技术。
2.网络层关键技术
网络层负责物联网感知层感知信息的接入、融合、交换与传递,在物联网三层架构中起到承上启下的作用,是实现数据交互、物物相连的关键。物联网最终将实现异质网络互联互通,因此通信技术将是网络层的核心技术,包括蓝牙、ZigBee、WiFi、GSM、CDMA、GPRS等相关技术。
3.应用层关键技术
应用层对经网络层传输过来的感知信息进行处理,主要由业务支撑平台、服务支撑平台、网络管理和信息处理平台等构成,共同完成信息的计算、分析、存储、挖掘等功能,供用户使用和决策。核心技术包括云计算、中间件技术、海量数据存储、检索以及虚拟技术等。
二、物联网工程专业培养目标与教学体系关系研究
1.正确处理好物联网工程专业培养目标与社会人才需求关系
物联网工程专业是一门综合型、交叉型、跨学科的新型学科,涉及信息的感知、处理、传输、应用等关键技术。物联网工程专业以通信和计算机技术为基础,专业知识涉及通信、电子、自动化、计算机、安全等多个专业,目标在于培养掌握多学科基础知识和物联网相关理论、技术,适应物联网产业需要的应用、开发、管理方面的复合型人才。目前社会对于物联网方面的专业人才需求非常大,但各个行业需求所涉及的领域各不相同,有智能交通、智能电网、智能农业、智能水利、智能安防、智能服务等各个领域。因此,各高校在培养过程中一定要定位清晰,不然培养出来的人可能是懂得多但是不精,不是社会真正需要的专业人才,尤其是跨专业复合型人才。
2.正确处理好物联网工程专业教学体系和其他相关专业教学体系的关系
现在许多高校将物联网工程专业挂靠在计算机学院、通信学院等相关院系,或在计算机学院或通信学院等相关院系基础上成立物联网学院,拟开设十几门冠以“物联网”技术的课程,脱离计算机、通信相关专业的相关教学体系。笔者认为,这样的课程设置是有待商榷的。从物联网技术背景来看,通信、计算机是物联网技术发展的基础,物联网是计算机科学与技术、电子科学与技术、网络工程、自动控制、数学和物理公共学科、通信工程、信息安全等多种学科紧密结合,在具体技术应用中的产物。因此要正确处好物联网工程专业的课程设置与相关专业的课程设置之间的关系。
3.根据学校办学特色,正确处理好理论教学与课程实践的关系
国内高校经过近几十年的发展,每所高校在相关的学科建设方面都有各自的强势学科、优质师资以及良好的实验教学环境,有别于其他高校的教学特色。例如南京大学在计算机系统教学和体系结构研究方面具有优势;东南大学在RFID技术研究应用方面具有优势;北京邮电大学在WSN应用研究方面具有优势。因此在物联网工程专业建设过程中,各个学校应该充分发挥自己的专业优势,因地制宜,扬长避短,寻找适合自身特点和专长的方向进行教学和研究,形成不同的物联网工程专业特色。
在物联网高速发展的今天,高校培养的物联网工程专业学生要能够满足社会对物联网专业人才的需求,这就要求高校在专业培养目标、教学体系设计、课程设置上紧跟物联网技术发展、企业需求、社会进步。
参考文献:
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[2]赵海霞.物联网关键技术分析与发展探讨[J].中国西部科技,2010.
2物联网工程专业实践体系的建设
物联网传感层、通信传输层与应用层等是关键技术知识,对这些知识的传授是建设好物联网专业实践体系的基础.通过实践感受物联网的行业应用和感知、处理、通讯、控制各个部分的工作过程;通过对支撑物联网的各种硬件设备、软件资源、开发平台、研究平台和对物联网条件下的电子商务应用的使用、开发并进行应用型的实验、研究、探索,从而支撑该专业创新型的研究、开发和应用.案例教学法从对学生进行素质教育和培养创造能力的角度入手,弥补了传统教学法的不足,与传统教学法相比,它具有以下几个鲜明的特点:1)强调学生学习的主动性和积极性;2)重视学生分析问题、解决问题的能力培养;3)注重教师在教学中的“导演”作用.
2.1注重专业能力的培养是培养人才的重要工作全方面的能力包括对知识的掌握能力,对学科的分析能力、创新能力以及对事业的专注力.物联网工程专业的实践能力,要求学生掌握专业的基础知识与理论,对科研仪器及设备的使用能力,必要的工程辅助能力,例如:辅、设计性软件及仪器仪表的使用,论文与申请书的撰写等都是必不可少的.
2.2能力的培养是渐进式的培养过程遵循一个普遍的规律,即动手实践—发现问题和思考问题—设法解决问题—总结归纳—形成科学观点.作为新专业,物联网工程专业结构具有多学科性特点:因其多学科的特点,以案例教学方式构建实践体系是最合适的一种体系结构.将多门课程、多个学科以项目案例式进行教学,课程、学科适当地交叉在一起,有机结合起来,以实现对学生全方位专业能力的培养.例如:完成一个基于嵌入计算机控制甚高频的设计与实现,要完成这一任务,需要掌握哪些理论与知识,要有哪些能力,要用到哪些仪器与设备,各种需求书如何撰写等,都可以做一案例教学好好设计,好好实施.首先,将各类实践,无论是课程实验、课程设计、多知识与多课程综合实践、设计性实践,都以案例教学的方式进行设计、实施;其二,要夯实基础,把课程内的认识实验、验证性实验,以案例教学的方式,实现对专业知识的掌握、分析能力的提高、仪器的正确使用;要加强科研仪器的准确使用以及工程辅助能力的培养;其三,加强研究性基本功的训练,即素质教育训练,探讨科研现状描述的训练,为科研而需要的动手能力训练以及以科研教学的小科研项目训练.(本文来自于《西南师范大学学报自然科学版》杂志。《西南师范大学学报自然科学版》杂志简介详见)
2.3在基础实践、软件工程开发和硬件开发上完善专业素质在基础实践案例方面,如完成一个低频放大器的实验,所涉及的知识有基尔霍定律、叠加原理、诺顿定理;要求掌握的专业测量方法有交流或直流电压、电流,放大倍数,输入、输出电阻,放大器频率特性、功率等;会使用的仪表及仪器有电压、电流表、示波器、毫伏表、函数发生器、频率计等.以软件工程开发为例,基于物联网工程软件开发,通信协议、接口非常重要,软件需求、软件开发平台工具、软件架构、软件测试都有诸多的知识与实践能力需要掌握.由于软件的规模越来越庞大,其所涉及的技术与管理机制也远非单个程序员可以独立完成,毕竟单个程序员很难同时拥有所有软件开发的知识、技术、素质和背景.因此,团队的分工协作成为了当今软件开发的主流.软件开发团队不是简单的人员叠加,而是以架构师为核心,个人有不同的角色分工(如分析、涉及、测试、管理和支持等角色),以木桶原理作为团队质量控制总量协作单元.在硬件开发方面也同样用案例的方式,首先要让学生学会使用科研仪器仪表,比如要求学生正确使用示波器,可以提出诸如如何利用示波器测量电感的电感量及内阻等命题,让学生在实际操作中熟练地使用各种仪器仪表;然后还必须让学生学习如何使用Protel,AUTOCAD等基础应用软件和进行焊接技术的训练,这两项可同时进行;接下来可以让学生通过参与具体的科研课题,使他们能熟练掌握器件选择的方法,PCB板的制作方法,项目的成本核算等,使学生能对整个项目的进程和实施有更深入的了解和能力上的全面提升.从以上的分析可以看出,物联网工程专业实践体系的建立,首先要有改革的信念与决心;其二是要有双师型的教学队伍;其三要构建并写好关于物联网工程专业的各类实践教材;最后就是认真贯彻.这样才能培养出适应社会需求的、合格的物联网工程专业人才.
前言
物联网技术作为信息产业发展的第三次革命,涉及的领域广,其理念也日趋成熟。从整体来看,中国物联网市场主要份额有智能工业、智能物流、智能交通、智能电网、智能医疗、智能农业和智能家居等行业。2009年8月,“感知中国”的讲话把我国物联网领域发展推向了,我国在无锡建立了“感知中国”研究中心,中国科学院、电信运营商和多所大学在无锡建立了物联网研究机构,越来越多的行业和企业需要物联网技术人才,加大物联网工程技术各级人才培养力度,已经成为当前职业教育相关专业改革与发展的一项重要和紧迫任务,中职业学校的计算机网络技术专业课程的设置应该着眼于社会的发展需要,增加在物联网技术应用型人才培养,在课程设置、教学内容以及实训上增加物联网技术的知识与技能实训,培养既掌握计算机专业的知识技能,又懂得物联网技术的复合型技术人才,适应社会信息化产业新趋势的发展。
1中职物联网技术专业现状
目前,全国大多数本科、高职院校都开设物联网工程技术专业,并把该专业作为重点规划和发展专业,学科知识体系及课程设置都在研究与探讨,物联网专业教学与实训处在摸索、实践阶段,没有成熟的体系、成功的经验可以借鉴。中职学校也积极创造条件开设物联网技术应用专业,但是物联网技术是多个学科技术交叉融合的新兴发展技术,主要涉及计算机网络技术、计算机软件开发和电子技术等综合的学科应用,而大多数中职学校学科体系不够完善、受学制,专业师资和教学实训设备等因素限制,如何在学校现有师资、课程、实训设备的基础上,创建能满足物联网产业企业的需求、又具有本校特色的物联网专业,是各个学校急需解决的问题。在物联网技术专业的建设与人才培养上采用两步走的方式来实现:第一步,各中职学校将结合学校学科专业体系的特点与优势在电子技术应用、计算机网络技术、计算机软件技术专业增加物联网技术方向的基础课程和实训课程,进行探索与实践。第二步,整合相关专业教学实践、教学资源,制定统一、完善的物联网专业课程体系和人才培养方案,使之形成一个整体。
2物联网技术的专业课程设置
目前,计算机网络技术专业所开设的专业课程与教学实践都是基于普通计算机之间互联的网络工程技术,而物联网是物与物相连的互联网,是互联网的延伸,物联网技术是多个学科技术交叉融合的新兴发展综合技术。主要涉及电子技术、网络技术和软件技术等综合的学科应用技术,知识系统非常庞大,必须进行研究与梳理,依据人才培养的目标定位,考虑中职学制与学生学习能力,根据网络专业的课程架构与知识体系,合理组织增加物联网技术的知识,进行适时课程的设置调整,根据物联网技术系统层次结构特点和关键技术,课程设置如图1所示,使学生掌握新的知识与技术,从而扩大就业面,提升在就业中的优势而计算机网络技术专业标准课程设置中已经涵盖了物联网技术网络层知识领域,只需要增加的主要是物联网感知层和应用层的相关核心课程。具体是在专业基础课增加《物联网技术导论》,专业课上增加感知层《传感技术与检测》、《RFID技术与应用》、《传感网组网技术》课程和《网站建设与管理》、《数据库的应用技术》应用层课程。
3物联网技术实训体系设置
对于中职学生而言,物联网技术应用的定位应体现在工程实践性,学生需要有知识理论的学习,更要注重工程能力的实践,根据物联网工程的工作过程构建实践体系,设计教学实训内容,注重培养学生实际工程的应用技能,根据物联网技术专业课程的设置,结合计算机网络技术专业的实训教学与设施情况,确定物联网技术专业课程的实训体系,确定实训教学的内容。(见表1)
4物联网技术教学实训的实践
中职计算机网络技术专业受学制(三年)和学生学习能力、实训条件、师资等因素限制,课程调整的空间较小,在明确专业人才培养定位,根据网络专业的课程架构与知识体系,合理组织增加物联网技术的知识教学与实训,系统的增加物联网技术的知识,适当调整专业课程,一方面将物联网传输层新技术与知识“嵌入”到原有的课程教学中,比如:将传感器技术和RFID技术知识作为电子技术基础的内容,无线传感网组网技术加入到网络课程中,将数据库技术知识融入网站建设与管理课程中。另一方面,进行适时课程的设置调整,在有限的学时上增加《物联网技术应用》课程教学与实训,进行典型的应用系统综合实训,如智能家居与智能安防监控综合实训。
5物联网技术实训室设计
计算机网络技术专业建设有完善的网络布线实训室、网络设备配置实训室、系统搭建实训室、网络安全实训室,能完成网络工程的实践教学实训。物联网技术实训室可以对原有的网络工程实训室进行改造,规划和购置物联网实训模块设备,模拟物联网应用工程环境和实际应用环境,构建“理实一体化”物联网技术应用实训室,拓展原有实训室的功能,提供课程教学实训从理论知识学习、讲解到演示、基本技能训练、工程项目实践等多层次教学实践。借鉴网络技术的项目教学实践体系,根据物联网工程的工作过程构建实践体系,设计教学实训内容,注重培养学生实际工程的应用技能。因此,通过物联网技术专业课程、实训体系设置、实训实践及实训室建设的研究和探索,我们可以在中职计算机网络技术专业增加物联网技术的知识与技能实训,培养既掌握计算机网络专业的知识技能,又懂得物联网技术的复合型技术人才,扩宽计算机网络专业的学生就业渠道,提高学生就业竞争力。
参考文献:
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物联网导论作为新兴复合型学科“物联网工程”的入门引导课程,旨在引导学生对物联网专业知识内涵建立起整体认识,为后续课程的学习打下基础。由于物联网导论兼备理论性与实践性,知识覆盖面广,加之学生认识偏差和学习方法等主观问题,能够让学生很好地掌握课程知识点并非易事。笔者结合实际教学工作,对教学过程中若干问题进行分析,探讨提高课程教学质量的办法与学习建议。
1 课程特点与存在问题
1.1 物联网复合型学科涉及技术广
从智慧地球到感知中国,物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业浪潮。物联网通过射频识别、激光扫描、红外感应器等信息传感设备,按协议规范,把物品与物品之间以互联网为基础连接起来,进行信息交换资源共享,从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[1]。在技术体系上物联网融合了计算机科学、通信工程、微电子检测、自动化等多门专业技术。如何将多门学科综合起来,较好地运用于物联网工程是掌握好这门专业的关键。物联网作为典型交叉学科,涉及技术广,因此在物联网导论教学过程中必须贯穿以全局指导局部的思想,对教学内容进行整体优化,力求为后续的技术学习构建一个基本知识框架。
1.2 教学对象一年级新生的特点
大学一年级学生初步涉及物联网专业学习,了解专业知识总体较少,普遍欠缺动手能力,但是他们对新知识、新技术具有较强的好奇心和求知欲,因此物联网导论在教学过程应该根据每名学生的特点合理组织教学内容,引导他们掌握了解相关基础知识,理清物联网专业课程体系的基本脉络,通过综合运用各种教学手段,调动学生的学习积极性。与此同时,培养他们的职业素养、职业道德,为今后的学习与工作打下良好基础。
1.3 教学过程中教师的自我完善
物联网工程作为新兴的研究领域,面临着涉及专业多、学科建设不成熟、课程体系有待完善和高校缺乏能够全面掌握实践教学的师资队伍等问题,因此对这门学科的任课教师提出了更多要求。教师在授课之前必须充分备课,通过自学、参加培训、教研探讨、学术交流等多种方式扩充自身知识结构,不断更新自我认知内容,并且要根据学生提问、师生交流、平时作业、考试等环节的反馈信息,及时调整教学内容,改进教学方法,保证教学质量。
2 教学方法思考与探讨
2.1 注重系统性教学
物联网导论课程内容丰富,各部分知识点要求程度并不相同,在教学过程中应注重系统性授课。(1)突出重点,把握好内容难易程度适中,运用多样化教学方式。例如:物联网历史、研究现状、应用案例等内容可以作为一般性介绍,而在物联网的技术基础、信息处理与软件服务等方面则要重点介绍。(2)在讲授新知识点时,应尽量避免过多使用专业词汇。由于物联网导论课程内容比较抽象,新生还不能掌握大多数专业词汇,如果过多使用会增加学生理解的难度。如果遇到必须掌握的专业词汇,比如射频识别(Radio Frequency IDentification,RFID),则在教学过程中必须对缩写词原文、词汇含义、主要特点、运用领域等内容做出合理的解释说明。(3)在教材选择上应避免使用过于简单或过于复杂的教材。由于物联网专业刚刚设立,在教材和参考资料上相对比较欠缺,所以教材选择一定要根据学生的实际情况和教学效果综合考虑,力求通俗易懂,比如一些专著,虽然内容、组织论证非常好,但作为一年级新生专业入门教材并不太适合,可以选择一些具有引导作用的入门性优秀教材。
2.2 教学方式多样化
由于一年级学生知识掌握程度参差不齐,而且物联网导论课程内容比较抽象,如果采用单一的授课方法,很难达到预期的教学效果,可能对学生的后续课程学习产生消极的负面影响,甚至会让他们产生厌学情绪。因此,多样化教学方式应该贯穿于整个授课过程。
2.2.1 案例式教学
通过直观方法分析抽象的内容,把实际生活案例编织到教学内容中,以案例带动知识点。例如:在介绍ZigBee技术[2]时,可以引入世博园中运用ZigBee无线技术实现无线路灯控制案例;在介绍物联网与传感关系时,可以引入上海浦东机场防入侵系统传感节点如何感应物品、传输数据等成功案例。
2.2.2 启发式教学
启发式教学是把学生被动性学习转变为主动性学习的一种方式,将课程内容归纳提炼,提出问题启发学生思考,从而提高学生分析问题和解决问题的能力。例如在分析中间件技术时,让学生通过学习教材、研讨、资料查阅等多种形式了解目前在物联网里主要有几种中间件技术[3],例如:RFID,WSN,设备中间件,软硬件关系等,从而达到对问题的充分认识,得到解决实际问题的方法,最后在教师的指导下圆满解决问题。
2.2.3 交互式教学
运用多媒体教学环境辅助教学。例如在分析物联网中的移动技术时,对比802.20广域网技术与3G技术[3],则可以使用多媒体以表格形式同时列出2项技术的主要特性,直观对比2项技术特点。在讲授物联网底层技术—无线移动自组织Adhoc网络[4]的移动节点兼具主机、路由、天线功能的这个知识点时,可以运用PPT等工具制作动画,形象描述节点移动性、路由探测、天线覆盖等过程。另外,在授课时随时解决学生提出的问题,以免影响学习效果,保证教学质量的提高。
2.2.4 多元化课外辅导
构建课堂之外的教学环境,例如:精品课程网站、远程辅导、网络教室、网上讨论辅导平台BBS、电子图书等网上教学资源,打破传统课堂教学时间和空间受限的弊端,可以通过计算机、掌上电脑、手机等终端通信设备随时随地进行教学,为学生课余提供一个自主学习、思索、讨论的开放空间。
2.3 通过实验突出专业特点
物联网工程作为实践性很强的工科学科,实验是教学中的必备环节。学生通过实验操作的感性认识可以加深对理论知识的理解。在实验教学过程中应该注意以下几方面。
(1)实验内容应该丰富多样。例如大部分物联网专业学生都有自己的笔记本电脑,在讲解物联网中对等式网络时,为加深学生对技术的认识,可让学生开启无线网卡,配置对等式模型,实现小型对等式无线局域网搭建实验;在讲解无线个人区域网时,可以让学生运用手机中的蓝牙通信功能进行数据传输,进一步了解无线个人区域网的特点,如10米内传输、传输速度、主从节点关系等;在讲解物联网安全知识时,可以演示一些趣味防御实例,调动学生的学习积极性。(2)在实验环节设计时必须精心选题,突出专业特点。实验题目应具有代表性,知识点覆盖全面。例如在讲解传感器感知知识时,可以选择图像采集、键盘与显示屏模拟感知等典型实验[5]。(3)可以组织小组互助。实验前对学生进行分组,合理搭配小组成员,并选出组长。实验过程中遇到问题时可以让学生先在小组内讨论,养成主动积极的学习态度。(4)组织丰富多彩的集趣味性、专业性于一体活动,让学生在一起交流学习心得和方法,并可以去实习基地实践,提高实际运用能力。
3 结束语
物联网作为一项战略性新兴产业,在国内刚刚起步,并飞速发展。据CCID预测,未来3年内我国将有50万物联网人才缺口,因此高校教育任重道远。“物联网工程”已经逐步成为一门重要学科,物联网导论肩负着如何把“物联网工程”专业新生引入物联网科学殿堂的重任。在教学过程中必须不断地改革和完善教学模式,积极探索、研究并推广教学方法,调动学生主动学习的积极性,着力理论与实践的双向培养,达到本课程的教学目的,指导后续课程的学习,培养出社会急需的高级物联网专业人才。
参考文献
[1]胡永利,孙艳丰,尹宝才.物联网信息感知与交互技术述[J].计算机学报,2012(6):1147-1163.
[2]詹青龙,刘建卿.物联网工程导论[M].北京:清华大学出版社,2012.
中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)32-0190-03
一、引言
2011年,南京信息职业技术学院正式成立物联网应用技术专业,2012年该专业成为国家骨干高职院校重点建设专业。按照《教育部、财政部关于确定“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校立项建设单位的通知》(教高函[2010]27号)文件要求,国家骨干高职院校应着力推进办学体制机制创新,增强办学活力,以专业建设为核心,强化内涵建设,提高人才培养质量,带动本地区高等职业教育整体水平提升。高职专业建设的理念最终要通过课程来实现,专业核心课程的建设水平,是衡量专业建设水平的一个重要指标。同时教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》(教高[2006]16号文件)指出:高等职业院校要积极与行业企业合作开发课程,根据技术领域和职业岗位(群)的任职要求,参照相关的职业资格标准,改革课程体系和教学内容。建立突出职业能力培养的课程标准,规范课程教学的基本要求,提高课程教学质量。由此可见,高职的课程标准建设是课程建设的关键,是高职院校提高人才培养质量,带动本地区高等职业教育整体水平提升的一项重要任务。“物联网项目综合实务”课程作为物联网应用技术专业的专业核心课程之一,在大三学年第一期开设,是重要的岗位能力课程,是对前序课程的综合运用,也是对毕业生职业能力的提升。该课程首次在全国开设,具有较强的探索性。
二、物联网项目综合实务课程标准制定原则
1.以职业能力培养为导向,融入职业标准。课程面向学校所在区域培养物联网技术专业群应用型人才,在课程标准建设中坚持以就业为导向,紧紧围绕学生未来的职业岗位,着眼于从事具体职业岗位工作所需的核心职业能力,根据能力要求来设计具体课程内容,保证教学内容与岗位核心能力的要求相吻。同时课程以项目为依托导向、采取一体化的教学模式,保证职业资格证书考试标准与课程标准全面接轨。
2.基于工作过程,突出工学结合。课程开发要基于工作过程,充分体现工学结合的特点,以真实的工作任务为载体来实施课程整体设计。
3.校企合作、共同开发。企业合作进行课程及课程标准的开发,根据企业实际需求,制定课程教学内容,从而保证培养一线实用型技术人才的质量。
4.立足现实,保证可实施性。课程标准开发立足专业基础、实训条件和教学团队力量,确保课程的可实施性。
三、课程标准开发流程
为保证课程标准科学和有效,需要对开发过程进行控制,课程标准开发的控制流程如下:市场需求调研岗位分析工作任务分析职业能力要求分析课程标准编写课程标准审核课程标准修订。在课程标准开发过程中,积极与行业、企业、合作办学单位开展调研合作,始终遵循课程标准制定原则和课程标准开发流程。
四、物联网项目综合实务课程标准
物联网项目综合实务的课程标准基本框架构成如下:课程定位、课程目标、课程设计思路、课程内容与教学要求、考核评价、课程实施等。
1.课程定位。本课程是物联网应用技术专业的岗位能力课程。通过本课程的学习,学生可以了解物联网项目建设相关岗位所需的基本概念和工程管理基础知识,能够根据客户需求编写物联网项目设计方案,能够进行物联网设备的选型和采购,能够完成物联网工程施工和调试,能够完成对物联网项目的功能测试,能够进行系统故障判断与维修,为将来从事物联网工程项目相关工作打下坚实的基础。课程学习后应达到“物联网应用工程师”资格证书的基本要求。物联网是一个综合的领域,所涉及的行业种类繁多,确定课程建设的方向尤为重要,基于物联网应用领域和学院基础的分析,我们选取了智能家居这个行业作为本课程的建设内容落脚点。课程以一个真实的智能家居系统项目入手,按照物联网项目的建设进度流程,依次引入物联网项目的立项,物联网设备或产品的采购,物联网设备的安装,物联网设备的调试,物联网系统的维护和管理等几个工作任务。
2.课程目标。总体目标面向物联网应用系统集成和调试工程师、物联网设备销售经理工程师、物联网设备安装工程师、物联网项目运营师、物联网高级监理师等工作岗位,针对“智能家居”物联网工程项目的项目设计、设备选型与采购、设备安装与调试、系统维护等典型工作任务,着力培养学生物联网工程项目相关岗位的职业能力,培养正确的工作态度,养成良好的职业习惯。课程目标分为知识目标、技能目标和素质培养目标。(1)知识目标。了解物联网工程项目的建设过程、熟悉物联网工程项目各个阶段的特点及任务,了解物联网工程项目产品选型与采购的相关知识,熟悉物联网工程项目的安装调试和运行维护方法,了解施工图的识读方法。(2)技能目标。①能够根据客户需求和现场勘测设计项目方案;②能够进行物联网设备的选型;③能够根据需求进行设备的采购;④能够根据相关的技术标准在工程现场对设备进行安装;⑤能够对设备进行调试,对一般故障进行现场排查与处理;⑥能够根据设计方案和验收标准对工程进行测试和验收;⑦能够根据工程图纸指导施工;⑧能够使用相关软硬件设备和工具对系统运行状态进行检测与维护;⑨对物联网系统的日常数据进行统计与汇总,并能根据数据判断物联网项目的运行状态。(3)素质养成目标。国家教育部在教高[2006]16号文件中指出,高职的培养目标规定为“为社会主义现代化建设培养千百万高素质技能型专门人才”,因此在注重培养职业技能的同时,还应该注重职业素质的培养。因此课程的素质目标确定为:良好的精神状态和乐观进取的工作生活态度,良好的职业道德素质、敬业精神、良好的团队协作精神和意识,永不满足的创新精神以及良好的自我身心调控能力等。
3.课程内容。课程在内容设计方面突出体现职业能力培养,紧紧围绕完成工作任务的需要来选择课程内容,从“任务与职业能力”分析出发,打破传统的知识传授方式,以“项目”为主线,构建工作情景。课程内容以南京信息职业技术学院新技术体验中心(别墅)智能家居项目案例构建了七个项目,分别是:项目一智能家居项目建设方案、项目二照明项目、项目三智慧家电项目、项目四智慧安防项目、项目五智慧监控项目、项目六智慧门禁系统和智能家居管理项目。课程内容的每一个项目又有具体要求,表1是项目二智慧照明项目的具体实施要求。表1教学活动的设计既有利于教师教学的实施,具有切实的指导作用,同时有利于学生培养各种职业能力。
4.课程的教学评价。由于是任务引领下的学习方式,在完成任务的过程中,学习相关知识和职业技能,所以考核必须结合课程的授课特点,变一次性考核为过程考核,即在学生的整个学习过程中考察学生。总评成绩由课堂表现、项目实操、项目报告和理论考试综合构成。具体考核内容和权重分配见下页表2。
以上各项独立评分,按比例记入课程总成绩,对考核结果及时进行统计分析。
5.课程建设的保障。①教材及教学方法。通过文献检索和调研,目前本课程没有现成的实例可以借鉴,需要根据市场调研、企业调研和参考相关资料编写教材。在教材编写过程中北京凌阳爱普科技有限公司和北京中讯威易科技有限公司的工程师给予了指导建议,并参与了部分内容的编写。本课程授课时要注意理论和实际有机结合,采取一体化教学方法,在智能家居实训室和智能家居体验中心的环境中让学生融入工作情景。同时还可以带学生体验物联网实训基地的煤矿人员定位系统及不停车系统,带领学生分析讨论。教师在授课时应注意调动学生的积极性,让学生自主学习,多采取分组布置任务、小组讨论、任务驱动等教学手段,教师的任务主要是归纳、总结,知识的系统讲解。②教师。教师需要通过自身的学习和培训提高专业知识水平,可通过与物联网企业的合作、实习提高教师的实践能力。由于课程的工程性较强,课程内由企业工程师现场讲解设备的安装和调试的相关知识。企业工程师授课学时数不少于课程总学时的50%,企业工程师授课时校内教师作为助理,从而保证课程效果。③智能家居综合实训基地。作为课程实施的有力保障,智能家居综合实训基地分为智能家居实训室和智能家居体验中心两部分。智能家居实训室拥有9套物联网工程实训平台,采用结构化实训架作为实训项目的“柔性工位”,实验所用产品均接近实际应用系统,能够组建具有行业特色的物联网工程实训项目,确保学生可利用智能家居实训室设备搭建真实物联网项目。智能家居展示体验中心是一套两居室的样板房,完全按照实际的家居环境设计,智能家居体验中心将当前热门和最有市场潜力的智能家居产品方案引进实训基地,为高校师生接触和研究当前先进技术搭建桥梁,让学生了解所学习的专业知识在实际工程项目中的应用。
五、总结
提出了基于职业能力培养的物联网项目综合实务课程标准开发方案。该方案有利于提高学生的职业技能和职业素质。由于物联网专业开设时间不长,在课程建设方面还有很多问题,如师资问题、教材问题等还需进一步的深入研究。
参考文献:
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[2]肖俊华,尹高飞.国家骨干高职院校专业核心课程标准建设探索[J].北京劳动保障职业学院学报,2012,(12).
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[4]赵白云.基于能力与素质培养一体化的高职数学课程教学改革[J].职业技术教育,2011,(32).
[5]柯强.物联网专业课程建设探讨[J].物联网技术,2012,(2).